双M船水气两相特性与运动稳定性研究
发布时间：2021-10-25 18:39
M船是一种综合了常规滑行艇优良的航行特性、高速多体船的构造特性、微气泡减阻船的阻力特性以及类似于气垫船的静气升力特性的高性能船舶。在高速航行时,由于其独特的槽道设计,其兴波比常规滑行艇要小得多,故而大大降低了兴波阻力。槽道中的水气混合现象,使船体润湿,降低介质的粘性系数;断阶的设计使船体更易于进入滑行阶段;槽道中的动态高压区进一步抬升艇体,使其脱离水面,故而摩擦阻力也得以降低。槽道的设计使船体形成与多体船类似的横向结构,故而具备良好的横向稳定性。可见M船具有优异的阻力性能、隐蔽性以及稳定性等特点,基于M船提出了一种青出于蓝而胜于蓝的船型——双M船。然而,对M船的研究依然大多为模型试验方法,局限于阻力与航态预报,而对减阻机理、流场细节以及受力特点等的研究无从开展,同时模型试验研究费时费力,故而基于RANS数值水池的CFD方法,成为研究手段的不二之选。但是由于M船高速的航行特点、剧烈变化的航态特点、水气混合的流场特点以及复杂的受力特点等问题,对其的数值模拟研究也存在较多有待解决的难题。因此本研究基于粘性CFD方法,采用重叠网格技术,在商业软件STARCCM+的平台上,对双M船水气两相特性与...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
短剑Stiletto号双M船M船(或槽道滑行艇)是一种起源于威尼斯的内河消波型船，如图1-2所示，
图 1-2 M 船典型横剖图根据内河限制航道、吃水浅、兴波小、隐蔽性好、机动性强等的特点，新型滑行艇，排水量达到 30t，航速达到 50kn，体积傅汝德数不低于 前期研究，选定双 M 式槽道滑行艇，即双 M 船作为研究对象，具体参“美国作战舰艇更新办”的 Stiletto 号，如表 1-1 为该舰艇的主要参数表 1-1 Stiletto 号双 M 船的主要参数总长 L 88 ft / 27m型宽 B 40 ft /12m型深 D 18.5 ft /5.6m满载吃水 d静 2.5 ft /0.8m动 V = 50kn18i n /0.457m排水量 Δ 37t满载航速 V静水 50 kn 55kn3-4 级海况 35kn
图 1-3 技术路线图(1)流场的求解不同于经验公式和势流理论，粘性 CFD 的研究方法是直接对流场进行求解，在物面上进行压力积分，即得到刚体所受力与力矩。这里就涉及到 N-S 方程的求解和刚体运动的捕捉。对 N-S 方程的求解包括网格划分(结构网格与非结构网格、切割体网格与棱柱体网格等)、离散格式(空间与时间)、求解算法(SIMPLE、SIMPLEC、PISO 等)、边界条件(固壁、速度入口、压力出口、对称等)、湍流模型(k ε、k ω等)、边界层(壁面函数)、自由面的处理(level-set、VOF 法)等。对刚体运动的捕捉包括随体网格法、弹簧法、加权网格变形法、动网格法(重叠网格、滑移网格)等；STAR-CCM+中采用 overset mesh 进行计算，采用DFBI(Dynamic Fluid-Body Interaction)模拟刚体的 6-DOF 运动。此外采用平面运动机构(PMM)也可以实现对静水直航的 2-DOF 运动的模拟，但对于网格的要求需要单独考虑。
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡型艇数值模拟的校核与验证[J]. 余泽爽,毛筱菲. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(06)
[2]基于重叠网格M型船水气二相流数值模拟研究[J]. 余泽爽,毛筱菲. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(05)
[3]三体滑行艇槽道的水气动力特性研究[J]. 章丽丽,孙寒冰,蒋一,宋儒鑫,邹劲. 哈尔滨工程大学学报. 2017(01)
[4]网格因素对三体滑行艇阻力计算影响探究[J]. 邹劲,姬朋辉,孙寒冰,任振. 船舶. 2016(03)
[5]三体滑行艇纵向运动稳定性的数值模拟[J]. 邹劲,王瑞宇,孙寒冰,蒋一. 船舶. 2015(05)
[6]Computational Fluid Dynamics Uncertainty Analysis for Simulations of Roll Motions for a 3D Ship[J]. 朱仁传,杨春蕾,缪国平,范菊. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(05)
[7]影响滑行艇阻力数值计算的网格因素研究[J]. 孙华伟,马伟佳,朱江波. 中国造船. 2015(02)
[8]双断级滑行艇水动力特性数值研究[J]. 蒋一,孙寒冰,邹劲,林壮. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[9]M型艇与槽道型艇的阻力和耐波性比较[J]. 黄武刚. 船海工程. 2015(01)
[10]高速艇水翼减阻方案及翼滑艇阻力估算方法[J]. 唐建飞,杨帅. 船舶力学. 2015(Z1)
博士论文
[1]滑行面形状对滑行艇阻力与航态影响数值分析[D]. 孙华伟.哈尔滨工程大学 2012
[2]高速滑行艇纵向运动稳定性预报方法研究[D]. 李亚军.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]小型高速艇艇型及纵向航行稳定性研究[D]. 杨超.江苏科技大学 2013
[2]基于CFD的超高速三体滑行艇快速性分析[D]. 蒋一.哈尔滨工程大学 2013
[3]阻流板和导流板对滑行艇阻力性能的影响研究[D]. 赵超.哈尔滨工程大学 2013
[4]三体滑行艇阻力和稳定性研究[D]. 王庆旭.哈尔滨工程大学 2012
[5]M船型水气两相流场特性研究[D]. 陈辉.武汉理工大学 2011
[6]基于半解析砰击理论的棱柱形滑行艇“海豚运动”发生界限研究[D]. 倪阳.哈尔滨工程大学 2011
[7]三体滑行艇船型与阻力性能研究[D]. 孙华伟.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3457970
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
短剑Stiletto号双M船M船(或槽道滑行艇)是一种起源于威尼斯的内河消波型船，如图1-2所示，
图 1-2 M 船典型横剖图根据内河限制航道、吃水浅、兴波小、隐蔽性好、机动性强等的特点，新型滑行艇，排水量达到 30t，航速达到 50kn，体积傅汝德数不低于 前期研究，选定双 M 式槽道滑行艇，即双 M 船作为研究对象，具体参“美国作战舰艇更新办”的 Stiletto 号，如表 1-1 为该舰艇的主要参数表 1-1 Stiletto 号双 M 船的主要参数总长 L 88 ft / 27m型宽 B 40 ft /12m型深 D 18.5 ft /5.6m满载吃水 d静 2.5 ft /0.8m动 V = 50kn18i n /0.457m排水量 Δ 37t满载航速 V静水 50 kn 55kn3-4 级海况 35kn
图 1-3 技术路线图(1)流场的求解不同于经验公式和势流理论，粘性 CFD 的研究方法是直接对流场进行求解，在物面上进行压力积分，即得到刚体所受力与力矩。这里就涉及到 N-S 方程的求解和刚体运动的捕捉。对 N-S 方程的求解包括网格划分(结构网格与非结构网格、切割体网格与棱柱体网格等)、离散格式(空间与时间)、求解算法(SIMPLE、SIMPLEC、PISO 等)、边界条件(固壁、速度入口、压力出口、对称等)、湍流模型(k ε、k ω等)、边界层(壁面函数)、自由面的处理(level-set、VOF 法)等。对刚体运动的捕捉包括随体网格法、弹簧法、加权网格变形法、动网格法(重叠网格、滑移网格)等；STAR-CCM+中采用 overset mesh 进行计算，采用DFBI(Dynamic Fluid-Body Interaction)模拟刚体的 6-DOF 运动。此外采用平面运动机构(PMM)也可以实现对静水直航的 2-DOF 运动的模拟，但对于网格的要求需要单独考虑。
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡型艇数值模拟的校核与验证[J]. 余泽爽,毛筱菲. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(06)
[2]基于重叠网格M型船水气二相流数值模拟研究[J]. 余泽爽,毛筱菲. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(05)
[3]三体滑行艇槽道的水气动力特性研究[J]. 章丽丽,孙寒冰,蒋一,宋儒鑫,邹劲. 哈尔滨工程大学学报. 2017(01)
[4]网格因素对三体滑行艇阻力计算影响探究[J]. 邹劲,姬朋辉,孙寒冰,任振. 船舶. 2016(03)
[5]三体滑行艇纵向运动稳定性的数值模拟[J]. 邹劲,王瑞宇,孙寒冰,蒋一. 船舶. 2015(05)
[6]Computational Fluid Dynamics Uncertainty Analysis for Simulations of Roll Motions for a 3D Ship[J]. 朱仁传,杨春蕾,缪国平,范菊. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(05)
[7]影响滑行艇阻力数值计算的网格因素研究[J]. 孙华伟,马伟佳,朱江波. 中国造船. 2015(02)
[8]双断级滑行艇水动力特性数值研究[J]. 蒋一,孙寒冰,邹劲,林壮. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(04)
[9]M型艇与槽道型艇的阻力和耐波性比较[J]. 黄武刚. 船海工程. 2015(01)
[10]高速艇水翼减阻方案及翼滑艇阻力估算方法[J]. 唐建飞,杨帅. 船舶力学. 2015(Z1)
博士论文
[1]滑行面形状对滑行艇阻力与航态影响数值分析[D]. 孙华伟.哈尔滨工程大学 2012
[2]高速滑行艇纵向运动稳定性预报方法研究[D]. 李亚军.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]小型高速艇艇型及纵向航行稳定性研究[D]. 杨超.江苏科技大学 2013
[2]基于CFD的超高速三体滑行艇快速性分析[D]. 蒋一.哈尔滨工程大学 2013
[3]阻流板和导流板对滑行艇阻力性能的影响研究[D]. 赵超.哈尔滨工程大学 2013
[4]三体滑行艇阻力和稳定性研究[D]. 王庆旭.哈尔滨工程大学 2012
[5]M船型水气两相流场特性研究[D]. 陈辉.武汉理工大学 2011
[6]基于半解析砰击理论的棱柱形滑行艇“海豚运动”发生界限研究[D]. 倪阳.哈尔滨工程大学 2011
[7]三体滑行艇船型与阻力性能研究[D]. 孙华伟.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3457970
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